绿色化学论文.doc

紧跟时代步伐，培养“绿色化思维”人才部分大学有机化学制备实验的绿色合成方法及相关绿色化学思想研究题目：部分大学有机化学制备实验的绿色合成方法及相关绿色化学思想研究院 系： 化学学院专 业： 化学姓 名： 张广权学 号：2010213918指导教师：艾智慧华中师范大学化学学院2012年06月部分大学有机化学制备实验的绿色合成方法及相关绿色化学思想研究摘要随着世界各国对走可持续发展之路的普遍赞同，世界各国越加重视环境和绿色化工生产。自20世纪90年代开始，全球便掀起了一股“绿色浪潮”，而“绿色化学”便是这一“浪潮中的一股强劲的旋流。绿色有机合成自然而然的成为化工生产绿色化进程中一个重大研究方向。大学有机化学合成实验，作为一门有机实验科学，其实验方法、原理更多的考虑的是实验的安全、产率、难易程度，很少引入绿色化学思想。但是，有机化学实验，作为现代化工生产的理论化雏形，应该考虑注入绿色化学思想，引导学生探索化学实验的绿色化，为培养具有“绿色化思维”的现代化人才服务。关键词：绿色化学；有机化学实验；绿色化学思想；绿色有机合成；化学实验绿色化；“绿色化思维”Part of the organic chemistry experiment preparation of university green synthesis method and related green chemical thoughtAbstractWith the development of the way of sustainable development of generally agree, the world more attention to environmental and green chemical production. Since the 1990 s, the world will open a wave green wave and green chemistry is the the tide of a strong vortex. Green organic synthesis naturally become green chemical production in the process of a major research direction. University of organic chemistry experiment, synthesis as an organic experimental science, the experimental method, the principle of the experiment is to consider more security, yield and the degree of difficulty, few introducing green chemistry thought. But, organic chemistry experiment, as modern chemical production theorization early form, should consider into green chemistry, and guide students to explore the thoughts of innocuity, chemical experiment for development of green thinking of the modernization of the talent service.Keywords: green chemistry; The organic chemistry experiment; Green chemical thought; Green organic synthesis; Green chemistry experimental teaching大学有机化学实验往往仅仅考虑了实验的安全性，操作简便易行，具有理论考察必要性等因素。但是随着社会的发展，环境污染的加剧，出于可持续发展道路的要求，以及“绿色化思维”化学人才培养任务的紧迫性的考虑，思考有机化学实验如何实现绿色化，显得尤为重要。大学有机化学实验中的许多实验，如：环己烷的制备、1-溴丁烷的制备、己二酸的制备、肉桂酸的制备、苯甲酸乙酯的制备、乙酰苯胺的制备、甲基橙的制备、D-A反应等实验，完全具有实现绿色合成的可能性。现具体分析如下:一、 催化剂经改良后的环己烯的绿色合成大学有机化学实验环己烯的制备环己醇通常可用浓磷酸或浓硫酸作催化剂，脱水制备环己烯。浓磷酸或浓硫酸做脱水剂。本实验方法经典，但收率不高，同时硫酸具有腐蚀性，碳化现象严重，操作不便。虽然磷酸较硫酸有明显优势，但是成本较高。而且，用浓硫酸或者浓磷酸作催化剂制备环己烯，在实验中会产生很多副产物，如易生成碳渣、有毒气体二氧化硫等，对实验和环境都有很大的影响。但是本实验，操作简单、相对安全，适合学生操作，但是，由刚刚的分析可以知道，实验室制备环己烯，不具有绿色化学特征。环己烯的绿色合成实验本绿色合成实验方法，是对环己烯制备实验的一大改进。它的不同之处是，催化剂改为三氯化铁，具有很大的进步。三氯化铁稳定性好。使用三氯化铁做催化剂，可以减少污染，活性良好，可重复使用。是良好的环境友好催化剂。这种改进后的绿色化的实验方法具有绿色化学的化学反应清洁性，符合低毒合成及催化剂良好的绿色化学原则。小结环己烯的绿色合成方法,其最大的优点就是使用了环境友好型催化剂。在有机合成过程中，实现绿色合成的可行的途径之一就是使用优良的催化剂。二、 微波诱导催化下的1-溴丁烷制备实验大学有机化学实验中的1-溴丁烷的制备大学有机实验中1-溴丁烷是由正丁醇与溴化钠、浓硫酸共热而制得的：在该反应中浓硫酸作溴代试剂，对反应速率及产率的提高有很大贡献。但是浓硫酸易挥发、易催化副反应的发生，产生不必要的杂质，以及有害于环境的物质，所以，实验室中1-溴丁烷的制备不是绿色有机合成实验。1-溴丁烷的绿色合成实验反应原理相近，与上面实验不同之处在于，本实验采用微波辐射诱导合成1-溴丁烷。使用微波辐射诱导合成的优点在于能够很大程度的提高化学反应速率，并且操作简便，副产物少，产率高、易于纯化。显然，这种改进实验，具有化学反应清洁性等特点，符合绿色化学的思想和原则，是绿色化学实验。小结1-溴丁烷制备实验的绿色化改进方法，其最大的亮点就是采用了微波诱导催化加热方法。随着绿色化学研究的兴起，关于实现化工生产绿色化的研究十分丰富。自1986年至今，微波辐射下的有机合成反应，由于具有能提高反应速率数倍甚至数千倍且操作简便、副产物少、产率高、易于纯化及环境友好等优点，给绿色化学合成带来了一次飞跃，发展成为一个引人注目的新领域MORE化学，即微波促进有机化学，也可以叫做微波诱导催化有机化学。微波催化有机化学合成主要是能够起到内加热及引起非热效应（改变反应动力学，降低反应活化能，是反应易于进行）等效果。显然微波诱导方法，是实现有机合成绿色化的一个重要方法。在大学有机化学实验如1-溴丁烷的制备实验中，引入微波催化的制备方法，不仅可以让学生掌握相关原理及操作，更能引起大家对于绿色化学的重视和兴趣，也为培养“绿色化思维”化学人才做出贡献，符合于时代的要求。三、 乙酰水杨酸的制备实验绿色化大学有机化学实验中的乙酰水杨酸的制备大学有机化学实验中的这个实验是以浓硫酸作为催化剂，但是这种方法产率一般在70%左右。并且浓硫酸具有很强的腐蚀性，易破坏设备，对环境造成的污染也很严重，并且容易发生副反应使产品色泽深，不利于提纯。这个实验方法只是适合实验室学生熟悉化学操作及原理，但显然不能算作绿色化学的制备实验。乙酰水杨酸的绿色合成实验由以上方程式可以看出，改进部分在于：（1）用无水碳酸钠替换浓硫酸作催化剂，显然降低了实验对环境的破坏，提高了纯度，也避免了浓硫酸对设备的破坏以及避免了一些不安全因素；（2）本实验还可以采用微波辐射法，可大大提高反应速率，提高产率；（3）本实验采用无水碳酸钠作为催化剂，而没有添加其他溶剂，是无溶剂状态下进行的反应，相比有机化学实验中的这个实验，反应的能耗降低，效果更好，选择性也变得高了，且不必考虑废物处理问题，有利于环保。总之，无论从采用，优良催化剂、环境友好介质还是微波处理方法考虑，这个改进后的实验方案，符合了绿色化学的防止环境污染、尽量能够减少有毒物、使用安全溶剂和助剂、新型催化剂使用等原则。显然，符合绿色化学的相关思想，是一个典型的绿色化学实验。小结乙酰水杨酸的绿色化学改进实验，使用了微波处理技术，良好的催化剂，以及无溶剂状态处理。符合绿色化学的可持续思想。对于实现有机合成的绿色化，使用环境友好型催化剂，不仅可以减少污染，提高反应速率，有些优良催化剂还可以提高原子的利用率，例如环氧乙烷的合成，如果分两步完成，原子利用率仅为25%，如果采用合适的催化剂一步完成，则原子利用率可以提高到100%，这种催化剂显然符合绿色化学原子经济性的原则。在有机合成中，我们经常用分子篩、固体酸作催化剂，实现绿色化途径。传统有机合成中使用的有机溶剂由于具有毒性，对环境有害，且难以回收。良好的环境友好介质，可以改善合成条件，减少环境危害等。实现有机合成绿色化，可以以水为溶剂、或超临界流体为介质，或者在无溶剂的条件下进行，也可以用离子液体作为介质等。在大学有机化学实验中，有考虑的涉及一些最新的绿色化学实现技术或方法，有助于培养大学生探索绿色化学技术的兴趣和树立绿色化学研究方向，为未来社会做出贡献。四、 肉桂酸制备实验的绿色化途径大学有机化学实验中的肉桂酸的制备此反应为Perkin反应，是将苯甲醛与酸酐混合后在相应的催化剂羧酸盐存在下加热，制得、-不饱和酸。该反应所需温度较高，反应时间很长，收率较低，不符合绿色化学的要求。肉桂酸的绿色合成实验 本实验如果用NaF/K2CO3作为催化剂，结合半微量法，并使用微波辐射的手段合成肉桂酸，可以克服上述产率低、温度高的缺点。实验研究表明，以苯甲醛和醋酸酐缩合反应制备肉桂酸，物质的量比为1:2的氟化钠和醋酸钾混合物是较碳酸钾更为优良的催化剂。本改进方案使用了半微量法合成有机物的途径，研究表明，肉桂酸制备的较佳条件：苯甲醛0.03mol，醋酸酐0.08mol,物质的量之比为1:2的氟化钠和碳酸钾混合物4.5g，回流40分钟。在此条件下，产量3.48g,产率为77.3%。显然，这是一个绿色化学合成方法。实际上，目前大学有机化学实验中，关于这个实验，已经有过部分改善，目前改用碳酸钾作催化剂，并且也采用了半微量法（目前的该实验用苯甲醛0.015mol，醋酐0.036mol）使反应时间大大缩短了，产率也有所提高（好的情况下，产率可达50%），但是，由于没有使用微波辐射途径、产率仍然无法与本改进方案的77.3%的产率相比，但是相对于有机化学实验中的其他实验，已经具有绿色化学的部分特征，算是大学有机化学实验的一个创新和突破。小结肉桂酸的绿色合成实验可以说在已经具有部分绿色化学特征的大学有机肉桂酸制备实验基础上的改进。但是，目前的部分有机化学实验虽然做过绿色化学处理，但是并没有将这种思想明白、清晰的展现给学生，无法给学生呈现一个绿色化学概念，和帮他们树立绿色环保意识，故还需要突破和改进。本实验所采用的半微量法，对于减少有机实验中的“三废”排放量十分有益。半微量、微量法合成有机化合物，正是体现了近年来国际和国内化学界以“绿色化学”理念预防化学污染的新思想。作为“绿色化学”的一项实验技术，微量法、半微量法有机化学实验具有节约药品、节省经费、缩短实验时间、操作安全、减轻环境污染和节省能源等优点，并且在准确度和严密性上与常量法并无明显区别。半微量实验法避开了微型实验的一些局限性，是在绿色化学思想指导下，用预防化学污染的新思想对常规实验进行改革而形成的实验方法。五、 结语 目前的大学有机化学实验，绝大多数在实验方法、实验技术等方面都是落后的，几乎都未体现绿色化学的思想和原则。部分化学实验稍微有所改进（如肉桂酸的制备），显示出了绿色化学的部分特征。但是总体上，